Éditeur(s) : HAL CCSD Elsevier Masson
Résumé : Fire-free forest conversion with organic inputs as an alternative to slash-and-burn could improve agro-ecosystem sustainability. We assessed soil carbon mass changes in a sandy-clayey and well-drained soil in French Guiana after forest clearing by the chop-and-mulch method and crop establishment. At the experimental site of Combi, native forest was cut down in October 2008; woody biomass was chopped and incorporated into the top 20 cm of soil. After about one year of legume and grass cover, three forms of land management were compared: grassland (Urochloa ruziziensis), maize/soybean crop rotation with disk tillage and in direct seeding without tillage. There were four replicates. We measured 14.16 kg m(-2) of carbon in 2 mm-sieved soil down to 2 m depth for the initial forest. Forest clearing did not induce significant soil compaction; neither did any specific agricultural practice. In converted soils, C stocks were measured in the 0-30 cm layer after each crop for three years. Carbon mass changes for soil fractions <2 mm (soil C stock) and >2 mm (soil C pool) in the 0-5, 5-10, 10-20 and 20-30 cm soil layers were assessed on an equivalent soil mass basis. One year and 1.5 years after deforestation, higher C stocks (+0.64 to 1.16 kg C m(-2) yr(-1)) and C pools (+0.52 to 0.90 kg C m(-2) yr(-1)) were measured in converted soils, compared to those of the forest into the top 30 cm of soil. However, the masses of carbon in these converted soils declined later. The highest rates of carbon decrease were measured between 1.5 and 2 years after forest conversion in the <2 mm soil fraction, from 0.46 kg Cm-2 yr(-1) (in grassland soils) to 0.71 kg C m(-2) yr(-1) (in cropland under no tillage). The carbon pool declined during the third year at rates of 0.41 kg C m(-2) yr(-1) (cropland under disk tillage) to 0.76 kg C m(-2) yr(-1) (grassland soils). Three years after forest conversion, C masses in the top 30 cm of soils for grassland showed similar values than for forest. In comparison, the carbon stock in cropped soils managed under no tillage in direct seeding (without mulch) was significantly 17% and 16% lower than in forest and grassland soils, respectively. None of the studied agricultural practices succeeded in accumulating carbon from the chopped forest biomass.
ISSN: 0167-8809

hal-01032438
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01032438
DOI : 10.1016/j.agee.2013.11.009

Éditeur(s) : HAL CCSD Nature Publishing Group
Résumé : International audience
Forest ecosystems have integral roles in climate stability, biodiversity and economic development. Soil stewardship is essential for sustainable forest management. Organic matter (OM) removal and soil compaction are key disturbances associated with forest harvesting, but their impacts on forest ecosystems are not well understood. Because microbiological processes regulate soil ecology and biogeochemistry, microbial community structure might serve as indicator of forest ecosystem status, revealing changes in nutrient and energy flow patterns before they have irreversible effects on long-term soil productivity. We applied massively parallel pyrosequencing of over 4.6 million ribosomal marker sequences to assess the impact of OM removal and soil compaction on bacterial and fungal communities in a field experiment replicated at six forest sites in British Columbia, Canada. More than a decade after harvesting, diversity and structure of soil bacterial and fungal communities remained significantly altered by harvesting disturbances, with individual taxonomic groups responding differentially to varied levels of the disturbances. Plant symbionts, like ectomycorrhizal fungi, and saprobic taxa, such as ascomycetes and actinomycetes, were among the most sensitive to harvesting disturbances. Given their significant ecological roles in forest development, the fate of these taxa might be critical for sustainability of forest ecosystems. Although abundant bacterial populations were ubiquitous, abundant fungal populations often revealed a patchy distribution, consistent with their higher sensitivity to the examined soil disturbances. These results establish a comprehensive inventory of bacterial and fungal community composition in northern coniferous forests and demonstrate the long-term response of their structure to key disturbances associated with forest harvesting. The ISME Journal (2012) 6, 2199-2218; doi:10.1038/ismej.2012.84; published online 2 August 2012
ISSN: 1751-7362

hal-01546179
https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01546179
DOI : 10.1038/ismej.2012.84

Résumé : Pour beaucoup de cultures, un sol non travaillé est une alternative de plus en plus crédible au travail intensif du sol, en particulier pour des raisons environnementales. Mais l’ananas (ananas comosus) présente un enracinement fragile très sensible à la structure, ce qui motive souvent un travail important du sol avant plantation. L’alternative d’une plantation sans travail du sol ne va donc pas de soi. L’objet de cette thèse est de répondre à la question de la faisabilité d’une culture d’ananas sans travail du sol, en remplaçant ce dernier par une plante de service « décompactante » dont les traits racinaires seraient favorables à la (re)structuration d’un sol compact. Le travail de cette thèse a donc porté sur l’évaluation de plusieurs espèces candidates, puis sur l’étude, au champ, des effets sur le sol de la plus prometteuse (Stylosanthes guianensis ). Enfin, dans le cadre d’un essai au champ comparant un système de culture innovant ananas sans travail du sol, on a étudié l’effet de la plante de service sur le fonctionnement de la culture de l’ananas. Dans un premier essai, c’est le Stylosanthes guianensis qui, comparé à huit autres espèces (Arachis pintoï, Brachiaria decumbens, Cajanus cajan, Crotalaria juncea, Cynodon dactylon, Eleusine coracana, Pueraria phaseoloides, et le maïs), a montré les traits racinaires les plus favorables à la structuration d’un sol compact. Les valeurs supérieures du diamètre racinaire moyen et de la densité de longueur racinaire (DRL) caractérisent les principaux traits impliqués. Dans un deuxième essai, les mesures de conductivité hydraulique, d’indice des vides du sol et d’analyse d’images de blocs de sol imprégné sur la répartition surfacique des différents types de porosité ont montré que la culture du Stylosanthes guianensis avait augmenté l’indice des vides du sol et provoqué l’apparition d’une porosité fissurale de grande taille, contribuant ainsi à l’amélioration de la structure du sol. Enfin, un troisième essai mettant en comparaison (i) un système de culture innovant où la culture d’ananas est implantée sans travail du sol après une culture de S. guianensis restructurante et (ii) un système conventionnel comportant un travail profond du sol (et pas de plante de service) a montré que le rendement en fruit est similaire dans les deux systèmes. Cet essai a permis de vérifier que l’enracinement de l’ananas en condition de sol non travaillé bénéficiait du précédent S. guianensis.
For many crops, direct drilling is a well-tried alternative facing the damaging effects of intensive tillage, mainly for environmental causes. But, pineapple (ananas comosus), presents a fragile rooting system which is very sensitive to soil structure. This leads frequently to intensive soil tillage before planting. Direct drilling is not so evident. The aim of this thesis is to give an answer to the feasibility of a no till system for pineapple cultivation, by using a plant with favorable roots traits for compacted soil (re)structuration. This work consisted in evaluating several candidate species, followed by the study, on the field, of the effects the most promising on soil (Stylosanthes guianensis). Finally, through a field experiment, comparing an innovating no till pineapple cultivation system we studied the use effects of Stylosanthes guianensis on the pineapple crop functioning. In a first experiment, Stylosanthes guianensis compared with eight other species (Arachis pintoï, Brachiaria decumbens, Cajanus cajan, Crotalaria juncea, Cynodon dactylon, Eleusine coracana, Pueraria phaseoloides and corn) showed better roots traits for structuring a compacted soil. Measures of average root diameter and root length density are the main implicated roots traits. In a second experiment, the measures of hydraulic conductivity, of the soil void ratio and the analysis of blocks of resin-impregnated soil on the surface distribution of the different type of porosity, all of this showed that Stylosanthes guianensis had increased the soil void ratio and had caused the creation of large-sized cracked porosity, thus contributing to the improvement of the soil structure. Finally, a third experiment involving a comparison between (i) an innovating cultivation system where pineapple is growing in a no till soil after a structuring crop of S. guianensis and (ii) a conventional system with deep tillage (without structuring crop), showed similar fruit yield. This experiment showed evidence that the rooting of pineapple in no till soil benefited from the previous Stylosanthes.

http://www.theses.fr/2014AGUY0725/document

Résumé : L’objet de cette thèse est l’étude des comportements mécanique et à la corrosion d’un nouveau système de fondation, dit pieux SPIRMEC, adapté aux structures légères. Le travail s’est focalisé sur deux grands aspects. Le premier aspect concerne l’analyse du comportement sous chargement axiale des pieux SPIRMEC sur la base de l’expérimentation et de la modélisation numérique dans un sol mou non cohésif. Quant au deuxième aspect, il traite du problème de la corrosion de l’acier constituant le pieu dans un environnement tropical humide. Le comportement des pieux SPIRMEC sous une charge axiale de traction, dans un sol fin non cohésif, a montré le développement d’une surface cylindrique de rupture. Celle-ci ne dépend pas de la configuration géométrique des pieux tel que : l’espacement S, le diamètre d’hélice Dh et le diamètre du tube d. En adoptant ce critère de rupture et à l’aide d’une analyse statistique des données, nous avons proposé quatre méthodes analytiques de prédiction de la capacité portante des pieux SPIRMEC à partir des essais in-situ et au laboratoire qui sont: •Méthode CPT basée sur la résistance de pointe pénétromètrique (essai CPT), •Méthode MPT basée sur la pression limite pressiomètrique (essai MPT), •Méthode du couple d’installation, •Méthode analytique basée sur les paramètres de cisaillement de sol notamment l’angle de frottement interne (essais triaxial et boîte de cisaillement). Ces méthodes tiennent compte de la géométrie du pieu, du procédé de mise en oeuvre et de la compacité du sol. L’analyse de performance des méthodes proposées a montré que les méthodes analytique et CPT représentent mieux le comportement des pieux testés. La modélisation numérique du comportement des pieux SPIRMEC sous charge axiale de traction a été également étudiée à l’aide du code de calcul Plaxis 2D. Un modèle axisymétrique a été adopté pour modéliser la géométrie de la structure. Le modèle de comportement hardening soil a été retenu pour modéliser le comportement élastoplastiq des couches de sol. Un modèle élastique linéaire a été retenu pour le pieu. Quant au comportement de l’interface sol-structure, il a été pris en compte par un modèle élastoplastique basé sur les critères de Mohr-Coulomb. L’expansion du sol résultant de l’installation des pieux a été approchée par une cavité cylindrique. Cette dernière a été modélisée par des déformations volumiques anisotropes. Nous avons constaté, qu’appliquer une déformation volumique de l’ordre de 40% permet une bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux. L’étude paramétrique nous a également permis de constater l’existence d’une variation linéaire entre la capacité portante et l’espacement S. Le comportement de l’acier galvanisé dans le sol a été également étudié au moyen de trois approches: électrochimique, visuelles grâce au microscope électronique et gravimétrique. Les tests électrochimiques de corrosion du zinc ont été réalisés dans la solution de sol artificielle pour deux périodes bien distinctes : saison des pluies et après 8 mois de contact sol-pieu. Une forte dépendance est constatée de la vitesse de corrosion de zinc au pH et à la conductivité de la solution. La vitesse de corrosion est plus importante en saison des pluies qu’après 8 mois de contact de pieu avec le sol. Les fortes concentrations en sulfates semblent augmenter la vitesse de corrosion. Les analyses menées au MEB montrent que la zone de fluctuation de nappe et en surface externe (sol/air) sont les zones les plus corrodées. La comparaison entre les différentes techniques d’évaluation de la vitesse de corrosion a montré que l’eau de nappe peut être utilisée comme un milieu représentatif du profil chimique d’un sol non cohésif et légèrement granulaire.
The purpose of this thesis is to study the both behaviors mechanical and of the corrosion of a new foundation system, called spirec piles, for lightweight structures. The work was based on two main aspects. The first aspect concerns the analysis of behavior of the spirmec piles under axial loading on the basis of experimental and numerical modeling in a non-cohesive soft soil. On the second aspect, it addresses the problem of corrosion of steel forming the pile in a humid tropical environment. The behavior of the tested piles under axial traction load, in a non-cohesive soil, showed the development of a cylindrical surface of failure. This does not depend on the geometrical configuration of the tested piles such that: the spacing s, the helix diameter dh and the diameter of the shaft. By adopting this failure criterion and using statistical data analysis, we proposed four analytical methods for predicting the bearing capacity of the piles from in-situ and laboratory tests, which are: cpt method based on tip resistance penetrometer (cpt test), mpt method based on pressuremeter limit pressure (test mpt), method of installation torque and analytical method based on the shear parameters of soil (triaxial tests and shear box). These methods take into account the geometry of the pile, the method and implementation of soil compaction. Performance analysis of the proposed methods showed that the analytical methods and cpt represent better the behavior of piles tested. An axisymmetric condition was assumed to model this geometry in two-dimensional space. In this study, we proposed to model the pipe screw pile with plates elements available in plaxis 2d. The helixes were modeled as circular disks. Interface elements were incorporated along the pile to simulate the soil-pile interaction. Hardening soil model was chosen to describe the soil with drained behavior was assigned for all layers. Linear elastic for pile and elastic plastic model based on the mohr-coulomb criterion was used to describe the interface behavior. The lateral expansion generated by the pile shaft was modeled by anisotropic volumetric strains (ɛxx=ɛzz, ɛyy=0). The pile behavior under tensile loading at different volumetric strains, it is clear that the best fit was obtained at volumetric strain of 40%. The parametric study also allowed us to establish the existence of a linear variation between the bearing capacity and spacings. The behavior of the galvanized steel in the ground has also been studied using three approaches such as: electrochemical, microscopic imaging and gravimetrically. Electrochemical tests of the corrosion of the zinc have been made in artificial soil solution into two periods, the rainy season and after eight months of contact soil-pile. Is a strong dependence of the observed corrosion rate of the zinc at the ph and conductivity of the solution. The corrosion rate is higher in the rainy season compared to eight months of contact of the pile with soil. High sulfate concentrations increase the rate of corrosion. The meb analysis shows that the fluctuation zone of the water table is the most corroded area. Comparison between the different methods of evaluating the corrosion rate showed that the ground water may be used as a representative profile of the chemical environment of a non-cohesive soil and slightly granular.

http://www.theses.fr/2014AGUY0790/document